FLUJO DE LA INFOMACION GENETICA
REPLICACION DEL ADN
C ARAC TE RISTIC AS
1) Semiconservativa → conserva la mitad de información de la cadena molde
2) Bidireccional → dos horquillas de replicación desde el origen en direcciones
opuestas
3) Semidiscontinua → una hebra adelantada que se replica continuamente y una
retrasada que se replica en forma discontinua (fragmento de Okazaki)
ORIGE , BU RBU JA Y HORQU ILLA D E RE P LIC AC ION
Origen → secuencia corta de ADN rica en adenina y timina, a partir de la cual se
aparean las hebras moldes con la ADN pol para iniciar la replicación, formando la
estructura llamada burbuja de replicación.
Las bacterias tienen un solo origen de replicación ya que su cromosoma es único
y circular. Las células eucariotas tienen múltiples orígenes de replicación
Burbuja de replicación → una
burbuja posee 4 hebras molde, 2
direcciones de apertura y 2
horquillas de replicación
Horquillas
➢ Helicasa + primasa → forman un complejo presente solo en procariotas
que recibe el nombre de primosoma
➢ La cadena líder o adelantada lee de 3’ → 5’ y sintetiza de 5’ a 3’
➢ La cadena rezagada o retrasada lee de 3’→5’ y sintetiza de 5’ a 3’
E TAP AS D E LA RE P LIC AC ION
1) Iniciación
2) Elongación
3) Terminación
INIC IAC ION
Separación de la cadena de ADN y van a actuar:
✓ HELICASA → desestabiliza los puentes de hidrogeno, desapareando las
hebras molde. Su fuente de energía es la hidrolisis de ATP
✓ PROTEINA SSB → proteínas de unión a la cadena simple de ADN que
impiden que las hebras molde vuelvan a aparearse
✓ TOPOISOMERASA I Y GIRASA (TOPOISOMERASA II) → Evitan el
superenrollamiento, la topoisomerasa I corta una sola cadena sin gasto de
energía, la topoisomerasa II rompe los puentes de hidrogeno entre ambas
cadenas de ADN
✓ PRIMASA (ARN-pol) → polimeriza un corto segmento de ARN en sentido
5’→3’ a partir de GTP- CTP-UTP Y ATP. Su fuente de energía está dada a
través de sus sustratos. Su objetivo es generar un extremo 3’-OH libre
(primer o cebador)
E LONGAC ION
En ella funcionan:
✓ ADN POL III (no va en sentido 3’-5’)→ añade nucleótidos de ADN
complementarios. En la cadena retrasada se forman los fragmentos de
Okazaki junto con los cebadores de ARN
✓ ADN POL I (exonucleasa) → quita los cebadores y los reemplaza por
fragmentos de ADN
La ADN POL
Requiere:
-
1 cadena molde
-
Nucleótidos dexositrifosfatados
-
Un cebador que le brinde un extremo 3’ OH libre
Carac6teristicas
-
Lee 3’ → 5’
-
Sintetiza 5’ → 3’
TE RM IN AC ION
Actúan:
✓ ADN LIGASA → une los extremos del ADN por enlaces fosfodiéster,
requiere energía de la hidrolisis de ATP
REPLICACION EN PROCARIOTAS VS EN E UCARIOTAS
Procariota
Eucariota
Fragmentos de Okazaki
1000 nucleótidos (mayor)
10 + 200 nucleótidos
(menor)
ADN POL
I, II, III
I, II, III, IV, V
ORIGEN DE REPLICACION
1
MULTIPLES
VELOCIDAD DE
MAYOR
MENOR
CONTINUAMENTE,
CITOPLASMA
FASE S DEL CICLO
CELULAR, NUCLEO
REPLICACION
TIEMPO Y LUGAR DE
REPLICACION
La unidad de replicación es llamada replicón
REPLICACION DE LOS TELOMEROS
Telómeros → extremos no codificantes de los cromosomas eucariontes. Evitan la
perdida de información. Una secuencia repetitiva de 6 nucleótidos ricos en
guanina (GGGTTA)
Para replicarlo actúan:
✓ Telomerasa → reconoce el extremo 3’ de la secuencia de los telómeros y la
alarga en sentido 5’→3’ utilizando un molde de ARN propio
✓ Primasa → coloca un cebador de ARN sobre la secuencia añadida
✓ ADN POL III → replica el ADN de los telómeros ya que posee el extremo 3’oh libre
CARACTERISTICAS DE ADN POL PROC ARIOTA
I
POLIMERIZACION
II
III
✓
✓
✓
EXONUCLEASA 3’-5’
✓
✓
✓
EXONUCLEASA 5’-3’
✓
5’-3’
PROCESIVIDAD
LENTA

MEDIA

MAS RAPIDA
Actividad 3’ → 5’ → autocorrectora
Actividad 5’ → 3’ → eliminar los cebadores
Procesividad → capacidad de unir nucleótidos sin separarse del ADN
MECANISMOS DE CORRECCION
Todas las ADNpol presentan actividad exonucleasa 3’ → 5’. Lo que les permite que
regresen en la cadena sintetizada cuando un nucleótido se haya unido
incorrectamente por unión covalente a la cadena en crecimiento
REPARACION DEL ADN
D AÑOS E SP ONTANE OS
Ataques por especies reactivas de oxigeno
Pueden ser:
➢ Oxidación de bases
➢ Metilación
➢ Hidrolisis de bases
-
Desaminación (escisión de base)
-
Apurinación (ap-endonucleasa)
D AÑOS E XTE RNOS
Radiación UV del sol, toxinas, radio y quimioterapia, etc
Pueden ser:
➢ Dímeros de pirimidina (escisión de nucleótido)
D IM E ROS D E P IRIM ID INA
Se forman enlaces covalentes entre dos bases pirimidicas por acción de la luz
solar (por lo general, T-T)
D E SAM INAC ION
Ocurre por agregado de agua, produciendo la eliminación de un grupo amino
transformado: citosina-uracilo
AP U RINAC ION
Los enlaces N-glicosídicos entre bases púricas y la desoxirribosa se hidrolizan
debido a fluctuaciones térmicas
PROCESO BASICO DE REPARACION
Funcionan:
✓ Nucleasa de reparación del ADN → reconoce la porción alterada y la elimina
hidrolizando los enlaces fosfodiéster
✓ ADN pol → se une al extremo 3’ OH libre y coloca los nucleótidos de manera
complementaria
✓ ADN ligasa → se suelda la muesca de la cadena dañada
MECANISMOS DE REPARACION
P OR E SC ISION D E BASE S
ADN GLUCOSILASAS → Reconocen las bases alteradas y catalizan su eliminación
hidrolítica. Reparan mutaciones por desaminación de bases
AP ENDONUCLEASA → reconoce el azúcar fosfato sin base; repara las
mutaciones por Apurinacion cortando los enlaces fosfodiéster
ADN POL Y LIGASA → añaden el nucleótido y completan la muesca
P OR E SC ISION D E NU C LE OTID OS
Para los dímeros de pirimidina. Existe un gran complejo multienzimático que
rastrea el ADN buscando distorsiones
ADN HELICASA → detecta la lesión y corta el enlace fosfodiéster eliminando el
nucleótido
ADN POL Y LIGASA → añaden el nucleótido y completan la muesca
RE P ARAC ION D E RU P TU RA D E LAS D OS C AD E NAS
MUTACION GENICA
Se produce cuando una base de ADN es sustituida por otra y esto altera la
conformación de la proteína codificada en dicho segmento de ADN
Se clasifican según la alteración del ADN
✓ Inserciones → se agrega una base
✓ Deleciones → se elimina una base
✓ Sustituciones → reemplaza una base por otra
➢ Transiciones → cambia una purina por otra o una pirimidina por
otra
➢ Transversiones → cambia una purina por una pirimidina
Según el efecto que cause la alteración en el ADN pueden ser:
✓ Mutación silenciosa → no hay cambios en la proteína porque las bases que
cambian siguen codificando para el mismo aminoácido
✓ Cambio de sentido → cambia el codón y este codifica para un aminoácido
diferente
✓ Sin sentido → genera una terminación en la traducción. La base que
cambia causa un cambio en el codón y ahora codifica para un codón de
STOP. La proteína se acorta y se vuelve afuncional
✓ Desfasaje o cambio de marco de lectura → se adiciona o se elimina un
nucleótido y se cambia la lectura. Se altera toda la proteína
RECOMBINACION GENICA
Intercambio genético entre dos secuencias homologas de ADN. Da lugar a nuevas
combinaciones de secuencias de ADN en cada cromosoma, generando variabilidad
RE C OM B INAC ION GE NE RAL Y E SP E C I FIC A D E L LU GAR
GE NE RAL U HOM OLOGA
Sucede en la profase I de la meiosis y es dad entre las largas regiones de ADN
cuyas secuencias son homologas, altamente similares, pero no idénticas
E SP E C IFICA D E SITIO
Alteración del orden de los genes y agregado de información al genoma
desplazando secuencias de nucleótidos especializados denominados elementos
genéticos móviles entre distintos lugares no homólogos del genoma. Algunos de
estos elementos son los virus que utilizando la recombinación específica del lugar
para desplazar su genoma dentro de los cromosomas de su célula huésped
RE LAC ION C ON P ROC E SOS D E RE P ARAC ION
La recombinación homologa puede reparar las roturas en la doble cadena de ADN
bicatenario, poco tiempo después de que se haya replicado
Una Nucleasa genera extremos de cada cadena simple en la rotura al dirigir
hacia atrás una de las cadenas de ADN complementarias. Una de estas se
incorpora al ADN bicatenario homologo formando los apareamientos de las bases
y se crea un punto de ramificación
La ADN pol reparadora alargadora, alarga la cadena simple utilizando la cadena
complementaria como molde. El ADN se liga a través de la ligasa, dando como
resultado dos hélices de ADN intactas donde la información genética de una se
utilizo para reparar la otra
E LE M E NTOS GE N E TIC OS M OVILE S
Una secuencia de ADN puede moverse de manera autosuficiente a diferentes
partes del genoma celular, en un fenómeno conocido como transposición y puede
causar mutaciones y cambios en la cantidad de ADN del genoma. Los
transposones son elementos cortos de ADN especializados que pueden moverse
desde una posición en el genoma celular a otra
En este proceso no se requiere la similitud de secuencia del ADN como en la
recombinación homologa. Cada elemento codifica una enzima de recombinación
especializada que media su movimiento
Los transposones se clasifican de acuerdo con el mecanismo por el cual se
mueven. En las bacterias, la mayoría de los elementos genéticos móviles son los
transposones solo de ADN. Durante su movimiento, el elemento permanece como
ADN en lugar de ser convertido a ARN
EXPRESION GENICA
Proceso por el cual la información codificada en una secuencia de ADN es
traducido a un producto que ejerce algún efecto sobre una célula u organismo
TRANSCRIPCION
Se sintetiza una molécula de ARN utilizando una de las cadenas de ADN como
molde
En eucariotas ocurre en el núcleo y en procariotas en el citosol.
Es llevado a cabo en la fase G1 y G2 del ciclo celular
Unidad funcional → gen
Unidad estructural → nucleótido
Eucariotas
✓ ARN POL I →
RIBOSOMICO
✓ ARN POL II →
MENSAJERO
✓ ARN POL III → TRANSFERENCIA
Procariotas
✓ ARN POL
➢ 4 Subunidades (2 α y 2 β)
➢ 5ta subunidad 𝜎 (sigma), cuando esta se une a la enzima la activa y
la convierte en holoenzima que le brinda el reconocimiento del
promotor y cuando esta de forma inactiva se convierte en una
apoenzima
➢ Busca el promotor y cuando lo encuentra la subunidad 𝜎 se despega
y comienza la transcripción
Antes de comenzar la transcripción se producen una serie de polimerizaciones
abortivas
INIC IAC ION
La ARN pol debe ser capaz de reconocer el comienzo de un gen y unirse
firmemente al ADN en este sitio
P ROC ARIOTAS
La enzima solo se fija de manera estrecha después de hacer encontrado el
promotor (secuencia de nucleótidos que indican el punto de inicio para la síntesis
del ARN). La subunidad 𝜎 que es la responsable de reconocer la secuencia del
promotor en el ADN. Después de haber sintetizado alrededor de 10 nucleótidos, el
factor sigma es liberado
El promotor es asimétrico, esto hace que la ARN pol se una en un solo sentido y
que transcriba 5’ → 3’
La misma enzima abre la doble hélice por delante del promotor para exponer los
nucleótidos. Una de las cadenas actúa como molde para el ARN que va a
sintetizar la ARN POL
E U C ARIOTAS
ARN POL I y III transcriben genes que codifican para ARNt, ARNr y ARN pequeños
para funciones estructurales y catalíticas. La ARN POL II transcribe la mayoría de
los genes eucariontes incluidos los que codifican proteínas
ARN POL requiere ayuda de los factores de transcripción general que se
ensamblan en cada promotor junto con la polimerasa para comenzar la
transcripción
Estos factores se unen sobre el promotor donde posicionan al ARN pol, separan
la doble hélice, exponen la cadena molde y lanzan a la enzima para comenzar la
transcripción
El primer factor de transcripción general se une al ADN con una determinada
secuencia consenso, la “CAJA TATA”. A partir de esto, los otros factores se unen a
los otros factores junto con la ARN POL II para formar el complejo de iniciación
de la transcripción
E LONGAC ION
ARN POL
➢ Lee molde de 3’ → 5’
➢ Sintetiza de 5’ → 3’
➢ No es exonucleasa
TE RM INAC ION
P ROC ARIOTA
Cuando la enzima encuentra una señal llamada terminador, la ARN pol se
detiene y libera al ADN y el ARN recién sintetizado
E U C ARIOTA
Después de iniciar la transcripción los factores de transcripción son liberados por
el agregado de grupos fosfatos a la cola de la ARN pol. Cuando finaliza la
transcripción los fosfatos son eliminados. Solo la forma desfosforilada de la ARN
pol II puede iniciar la transcripción
ARNM
P ROC ARIOTAS
A medida que se transcribe la molécula de ARNm, los ribosomas se unen
inmediatamente al extremo 5’ libre del transcripto de ARN y comienza la síntesis
proteica
E U C ARIOTA
La maduración del ADN se da dentro del núcleo, pero la síntesis de las proteínas
se da en los ribosomas libres en el citosol
El producto que liberan las ARN pol es denominado transcripto primario, este no
es funcional.
M OD IFIC AC IONE S C OTRANSC RIP C IONALE S
En el extremo 5’ se coloca un nucleótido con una guanina metilada para proteger
el extremo de las nucleasas. Esto es denominado CAPUCHON (casquete o
caperuza)
M OD IFIC AC IONE S P OST-TRANSC RIP C IONALE S
Poliadenilacion → se modifica el extremo 3’ agregando una serie de nucleotidos de
adenina (cola poli A) repetidos al extremo cortado
Estas dos modificaciones aumentan la estabilidad del transcripto primario, facilitando
la exportación, permiten identificar la molécula de ARN como ARNm y permiten que
se corrobore que el ARNm este completo con sus dos extremos presentes
TRANSC RIP TO P RIM ARIO
Debe sufrir otras modificaciones antes de ser funcional. Los genes están
interrumpidos por secuencias no codificantes (intrones) y los fragmentos que si
codifican son denominados exones, estos suelen ser más cortos
C ORTE Y E M P ALM E O SP LIC ING
Proceso a través del cual se eliminan del ARN sintetizado los intrones y se unen
entre si los exones. Los intrones contienen en sus extremos cortas secuencias
que actúan como señales para su eliminación y son las mismas o similares en
todos los intrones. La enzima que realiza este proceso es el espliceosoma
SP LIC IN G ALTE RNATIVO
Los transcriptos se pueden cortar y empalmar de diferentes maneras y cada
una puede dar una proteína diferente esto aumenta el potencial de codificación
de los genes
TRANSP ORTE FU E RA D E L NU C LE O
Hay un complejo del poro nuclear, este reconoce y exporta solo el ARNm que han
sido “terminados”
Para ser exportado el ARNm debe:
✓ Estar unido a un grupo apropiado de proteínas que indican que el ARNm
fue procesado correctamente. Y estas son: la unión a la cola poli A, el
complejo de unión a la caperuza y las proteínas que marcan que el corte y
empalme fueron realizados
Los ARN de desecho se degradan en el núcleo
CODIGO GENETICO
Reglas por las cuales la secuencia de
nucleótidos de un gen, por medio de
ARNm, es traducida a la secuencia de
aminoácidos de una proteína.
Este como el ADN es un polímero
lineal formado por 4 nucleótidos
diferentes y la secuencia de
nucleótidos se lee en grupos de a 3:43=
64 combinaciones posibles. Algunos
tripletes o codones codifican un mismo
aminoácido, ya que hay 64 alternativas para 20 aminoácidos
El código genético es: universal (excepciones), continuo y degenerado
TRADUCCION
ARN → proteína
Aminoacil- ARNt sintetasa → se
acopla a cada aminoácido (20 en
total) el nucleótido especifico en
el anticodón y en el brazo
receptor del aminoácido permite
reconocer al ARNt correcto.
Energía por hidrolisis de ATP
RIBOSOM AS
Subunidad mayor
➢ Procariota 50s
➢ Eucariota 60s
Subunidad menor
➢ Procariota 30s
➢ Eucariota 40s
Cada uno tiene un sitio de unión para la molécula de
ARNm y 3 sitios de unión para las moléculas de ARNt denominadas SITIO A
(aminoacilo), sitio P (peptídico) y sitio E (exit)
Ribozimas → moléculas de ARN con actividad catalítica en el ribosoma
INIC IAC ION
Comienza con un codón de iniciación (AUG) y un ARNt iniciador que transporta
una metionina (met) en eucariota y formilmetionina en procariota (solo el 1°). Por
lo tanto, todas las proteínas recién sintetizadas tienen metionina como 1°
aminoácido en su extremo N-terminal. Por lo general es eliminado más tarde
P ROC ARIOTA
ARNm no tienen caperuzas que indican donde comenzar, pero tiene secuencias
especificas de unión a los ribosomas ubicadas unos pocos nucleótidos antes del
AUG. Los ARNm son policistrónicos (codifican varias proteínas)
E U C ARIOTA
ARNm es monocistrónico
ARNt + factores de iniciación de la traducción se cargan 1° en la subunidad menor.
Avanza en sentido 5’→ 3’ hasta el primer codón. Los factores se disocian de la
subunidad menor y permiten el ensamblaje de la subunidad grande
E LONGAC ION
Subunidad mayor + subunidad menor = inicio de la elongación
El sitio P va a estar ocupado por sucesivos aminoacil -ARNt + factor de
elongación unido a GTP. Al aparearse se hidroliza el GTP y se disocia el factor de
elongación permitiendo que la aminoacil permanezca unido al ARNm por corto
tiempo
Sitio A y P están ocupados la peptidil transferasa (ribozima) de la subunidad
mayor cataliza la formación del enlace peptídico
Grupo de ribosomas que lee el mismo ARNm se denomina polirribosoma o
polisoma
TE RM INAC ION
Codones de terminación (UAA, UGA, UAG) señalan el fin de la traducción. Estos no
codifican ningún aminoácido
Los factores de liberación se unen a cualquier codón de terminación que alcance
el sitio A del ribosoma, lo que modifica la actividad de la peptidil transferasa y
agrega 1 agua
ARNm bacteriano no necesita ser procesado y es físicamente accesible a los
ribosomas, que suelen unirse al extremo libre de la molécula antes de que la
transcripción finalice
La degradación de la proteína es dada por los proteosomas que contienen
proteasas que rompen los enlaces peptídicos. Los proteosomas reconocen la
ubicuitina y continúan a degradar la molécula
INHIBIDORES DE LA SINTESIS DE PROTEINAS PROCARIOTAS
Muchos antibióticos son compuestos que actúan mediante la inhibición de la
síntesis proteica bacteriana y no eucariota.
Algunos fármacos aprovechan las diferencias estructurales entre los ribosomas;
de esta forma pueden ser recetados en altas dosis sin que resulte toxico para el
humano
MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES
Plegamiento de estructura tridimensional de las proteínas les da la funcionalidad.
La mayoría requieren chaperonas moleculares que las ayudan a plegarse
correctamente y pueden sufrir modificaciones post-traduccionales
➢ Constan de añadidos de grupos o átomos funcionales
➢ Por alguna falla genética podrían no modificarse las proteínas y por lo
tanto no se vuelven funcionales
COSTO ENERGETICO
Cantidad de enlaces
Proceso
Molécula de alta energía
2 enlaces x aa
Activacion
1 enlace por proteína
Iniciación
1 GTP
2 enlaces por enlace
Elongación
2 GTP
1 enlace por proteína
Terminación
1 GTP
Cantidad de enlaces
aa x 4
Cantidad de GTP
aa x 2
Cantidad de nucleotidos
aa x 3
Cantidad de ATP
aa x 1
1 ATP
peptídico